JPH0461189B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、デイーゼル機関に用いられる燃料
噴射装置に関する。

デイーゼル機関は、燃料噴射を行なうために、
通常は燃料を高圧化する噴射ポンプと、この噴射
ポンプから圧送される燃料をノズルに供給する燃
料噴射管と、高圧燃料を噴射するノズルとを備え
ているが、これらを一体化したものとしてユニツ
トインジエクタがある。このユニツトインジエク
タでは、長い燃料噴射管が不要となるので、噴射
遅れが小さく、圧縮すべき容積が、燃料噴射管が
なくなつた分だけ小さくなるので、高い噴射圧力
を得て燃料の微粒化がよいなどの利点の他、噴射
率を大きくできる、噴射終了時の燃料の後だれが
少ない等の利点も有する。

このようなユニツトインジエクタを各気筒に配
設した燃料噴射装置が例えば特開昭54−50726号
公報（米国特許412953）に提案されており、これ
を第１図、第２図に示す。

第１，２図で、ユニツトインジエクタ１の本体
２に穿設されたシリンダ３にプランジヤ４ａが摺
動自在に嵌挿し、このプランジヤ４ａはプランシ
ヤ４ｂに連結される。プランジヤ４ｂは、その頭
部と本体２との間に介装されたスプリング６によ
り、図中上方に付勢されるとともに、機関に同期
して回転するカム（図示せず）が頭部に上から当
接しており、カムの１回転毎にプランジヤ４ｂは
押し下げられるため、プランジヤ４ｂと連結され
ているプランジヤ４ａは上下に往復動することに
なる。

プランジヤ４ａの一端に臨んで形成されるシリ
ンダ３の圧力室７は、図示しない燃料タンクに燃
料供給通路８ａ，８ｂを介して連通しており、機
関に同期して回転する低圧の燃料供給ポンプ（図
示せず）が燃料タンク内の燃料を圧力室７に供給
するようになつている。

本体２下部には、プランジヤ４ａの下降により
加圧される圧力室７内の燃料を、図示しない燃焼
室に噴射するノズル１０が形成される。具体的に
はノズル１０は、圧力室７と燃料通路９を介して
連通するニードル室１１，ニードルバルブ（針
弁）１２、スプリング１３、噴孔１４、スプリン
グガイド１５、スプリング室１６から構成され、
常時はスプリング１３がスプリングガイド１５を
介してニードルバルブ１２を下方に付勢して噴孔
１４を閉じているが、圧力室７の燃料が燃料通路
９を介してニードル室１１に送られ、このニード
ル室１１の燃圧がスプリング１３に打ち勝つと、
ニードルバルブ１２を上方に付勢して噴孔１４を
開き、ニードル室１１の燃料が噴孔１４から噴射
されるようになつている。従つて、スプリング１
３によりノズル１０の開弁圧が設定されることに
なる。

圧力室７に連通する燃料供給通路８ａ，８ｂに
は弁装置としての電磁弁１８が介装される。電磁
弁１８には、バルブホルダ１９に穿設したシリン
ダ２０を摺動する弁体２１がスプリング２２によ
り付勢されて開弁しており、ソレノイド２４に駆
動電流が通電されると、ソレノイド２４の電磁力
により、アマチユア２６がスプリング２２に抗し
て弁体２１を閉弁方向に付勢し着座させるように
なつている。

電磁弁１８の開弁時に、プランジヤ４ａの下降
により高圧となる圧力室７の燃料は、電磁弁１８
を介して燃料供給通路８ａに逃げるが、オリフイ
ス１７がこのときの燃料流量を規制することによ
り、圧力室７，通路８ｂ，９内の燃圧を、ノズル
１０の開弁圧より小さい所定値に保つようにして
いる。

電磁弁１８への駆動電流を制御する制御回路
（図示しない）は機関の運転状態を検出する手段
（たとえば機関回転数センサ、アクセルペダルの
踏角を検出するアクセルセンサ、機関の冷却水温
を検出する水温センサ、クランク角を検出するク
ランク角センサなど）からの検出信号に基づき、
機関運転状態に最適な駆動パルス幅を持つ信号を
ソレノイド２４に出力し、電磁弁１８を開閉制御
する。

スプリング室１６に連通する燃料逃し通路２８
ａ及びシリンダ上部に形成される環状溝２９に連
通する燃料逃し通路２８ｂは合流した後、電磁弁
１８上流の燃料供給通路８ａに連通しており、余
分な燃料を通路８ａに戻すものである。

従つて、燃料供給ポンプにより予圧される燃料
タンクの燃料は、燃料供給通路８ａから電磁弁１
８（開弁している）を介して圧力室７に供給され
ると、機関に同期して回転するカムによりプラン
ジヤ４ａが下降して圧力室７の燃料を加圧し始め
るが、この時点では電磁弁１８は開いているた
め、加圧される燃料の一部が電磁弁１８を介して
逃げ、オリフイス１７により燃料流量を規制さ
れ、圧力室７，通路８ａ，９の燃圧は所定値以上
には達しない。

プランジヤ４ａの下降途中でソレノイド２４に
通電され電磁弁１８が閉じると、圧力室７の燃料
は閉じ込められて燃圧を増し、この燃圧は燃料通
路９を介してニードル室１１に達する。ニードル
室１１の燃圧がスプリング１３の下方への付勢力
（ノズル１０の開弁圧）に打ち勝つと、ニードル
バルブ１２を上方に押し上げて噴孔１４を開き、
ニードル室１１の燃料が図示しない燃焼室に噴射
される。

所定のクランク角でソレノイド２４への通電を
やめ、電磁弁１８が開かれると、前述のように圧
力室７の燃料の一部が電磁弁１８を介して燃料供
給通路８ａに逃げるため、ニードル室１１の燃圧
はすみやかに下降し、ノズル１０の開弁圧以下と
なつて噴射を終了する。

すなわち、燃料の噴射は電磁弁１８を閉じてい
る期間に行なわれることになり、この電磁弁１８
を開閉するソレノイド２４への通電時期及び通電
時間を運転状態に応じて変えることにより、ノズ
ル１０から噴射される燃料の噴射時期及び噴射量
が最適に制御されるのである。

ところで、このような燃料噴射装置において、
燃料の一噴射行程当りに電磁弁１８を２度開閉
し、例えば第３図に示すように主の噴射の直前に
もいくらか燃料を噴射させることが考えられてい
る。

いわゆるパイロツト噴射で、この場合大部分の
燃料が噴射される主噴射イは機関の圧縮上死点付
近にて、パイロツト噴射ロはその着火遅れを考慮
した上死点前にて行なうように定められる。

これによれば、主噴射による燃焼に先立つてパ
イロツト噴射による燃焼が行なわれ、良好な燃焼
状態が得られると共に、燃焼が一時期に急激に行
なわれることがなく、したがつて特に機関低回転
域での燃焼ピーク圧力が緩和され、騒音の低減や
排気中のNO×の低減および燃費やスモークの改
善等が図れる。

ところが、このようなパイロツト噴射を行なわ
せるためには、電磁弁１８として極めて応答性の
高いものが要求される。例えば、燃料を噴射する
期間は通常運転時で数msecで、この期間中に電
磁弁１８を２度開閉しなければならず、さらに噴
射量の少ない低負荷運転時等ではその開閉期間が
一層短くなるのである。

このため、電磁弁１８が大型化する一方、電磁
弁１８の耐久性の悪化や作動の不安定を招きかね
ないという問題があつた。また、制御も難しくな
るという問題があつた。

この発明は、ノズルの閉弁圧が開弁圧より低い
ことを利用し、一噴射行程中に電磁弁を２度開閉
せずともパイロツト噴射が行なえるようにした燃
料噴射装置の提供を目的としている。

そのためにこの発明は、機関に同期して往復動
するプランジヤと、このプランジヤの一端に臨ん
で形成される圧力室と、圧力室と連通し所定圧以
上で開弁するノズルと、圧力室に連通する燃料供
給通路に介装され機関の運転状態に応じて高圧燃
料を逃がす電磁弁装置とを備えた燃料噴射装置に
おいて、前記ノズルと電磁弁装置との間にノズル
の開弁圧とほぼ同圧で開いて高圧燃料の一部を逃
がすと共に、この逃がした高圧燃料に応動して次
に閉じ側に切換わる弁手段を設ける。また、機関
回転数の増加に伴つて増大する力で前記弁手段を
初期位置方向すなわちプランジヤ圧力室からの高
圧に対抗して燃料供給通路を閉鎖する方向に付勢
する制御装置とを設ける。

即ち、プランジヤから圧送される燃料の圧力が
ノズルの開弁圧を越えると、ノズルが開いて高圧
燃料を噴射し始めるが、これとほぼ同時に弁手段
を開いて高圧燃料の一部を逃がすことにより、そ
の燃料の圧力をノズルの閉弁圧以下に下げ、ノズ
ルをいつたん閉じる。そして、次にこの逃がした
高圧燃料によつて、弁手段を閉じ側に切換えるこ
とにより、燃料の圧力を高め、ノズルを再び開か
せるのである。

これにより、一噴射時期中に電磁弁装置の一度
の開閉でパイロツト噴射と主噴射とを行なわせ、
またこの際弁手段の切り換わる速度を機関回転数
に応じて加減することにより、そのパイロツト噴
射から主噴射に至るまでのタイミングを適正に制
御するものである。

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

第４図はこの発明の実施例を示す構成断面図
で、３１は機関に同期して回転するカム（図示し
ない）によりシリンダ３２内を往復動するユニツ
トインジエクタ３０のプランジヤ、３３はそのシ
リンダ３２の圧力室３４に燃料ポンプ３５からの
燃料を導く燃料供給通路、３６はその圧力室３４
で加圧された燃料をノズル３７のニードルバルブ
３８のニードル室３９へ送る燃料通路である。

燃料供給通路３３の途中には、機関の運転状態
を検出するアクセルセンサ４０、回転センサ４
１、水温センサ４２等からの信号に基づく制御回
路４３からの指令により、該通路３３を開閉する
電磁弁４４が介装される。

電磁弁４４は、前記プランジヤ３１の圧縮工程
における所定時期にのみ閉じるように制御され、
この閉弁期間中に圧力室３４の燃料がプランジヤ
３１により加圧される。

また、ノズル３７は、圧力室３４からニードル
室３９に圧送された燃料の圧力が、スプリング４
５のバネ力つまりノズル３７の開弁圧を越える
と、ニードルバルブ３８がリフトすることにより
開かれ、その高圧燃料を噴孔４６より噴射する。

この噴射後、燃料の圧力が低下すると、ニード
ルバルブ３８が降下してノズル３７は閉じるよう
になるが、このとき噴射される燃料の圧力がニー
ドルバルブ３８の先端（シート面）にもかかるか
ら、ノズル３７は開弁圧よりもいくらか低い圧力
で閉じる。

即ち、ノズル３７がいつたん開かれると、燃料
はその圧力がノズル３７の開弁圧より低い閉弁圧
に下がるまで噴射を続けるようになつている。

そして、このノズル３７の開弁圧と閉弁圧との
差を利用して、前記電磁弁４４とノズル３７の間
の燃料供給通路３８に、ノズル３７の開弁圧とほ
ぼ同圧で開いて高圧燃料の一部を逃がすと共に、
この逃がした高圧燃料に応動して次に閉じ側に切
換わる弁手段４７が設けられる。

この弁手段４７は、第５図に示すように、燃料
供給通路３３に接続する高圧ポート４８と作用室
４９を介して燃料タンク５０に接続するリターン
ポート５１とを形成したバルブスリーブ５２と、
このバルブスリーブ５２に摺動自在に収装され、
高圧ポート４８とリターンポート５１とを選択的
に開閉、連通する弁体５３とから構成され、弁体
５３の軸部５４後方のダンパ室５５には弁体５３
を高圧ポート４８側に着座する初期位置の方向付
勢するリターンスプリング５６が介装される。

具体的には、バルブスリーブ５２の作用室４９
に対する高圧ポート４８の開口部５７およびリタ
ーンポート５１の開口部５８とがテーパ状のシー
ト面となるように形成されると共に、これに対応
して作用室４９内を摺動する弁体５３の頭部５９
が対称円錘形に形成され、リターンスプリング５
６の付勢力による弁体５３の最前位置（図示位
置）で高圧ポート４８が閉じられ、最後位置（図
で右端位置）でリターンポート５１が閉じられ
る。

このリターンスプリング５６のバネ力は、この
場合高圧ポート４８にかかる燃料の圧力が、前述
したノズル３７の開弁圧とほぼ等しくなると、弁
体５３が後退し始め、高圧ポート４８が開かれる
ように設定される。

また、この弁体５３はその移動により両ポート
４８，５１を素早く開閉するように、短いストロ
ーク（例えば数mm）に設定される。

そして、この弁体頭部５９により作用室４９が
前後に仕切られると共に、弁体頭部５９にその前
室６０と後退６１とを連通する逃がし孔６２が形
成され、この逃がし孔６２に所定径のオリフイス
６３が配設される。

即ち、高圧ポート４８に送られた燃料の圧力
が、ノズル３７の開弁圧にほぼ等しくなると、高
圧ポート４８が開いて弁体５３の前室６０に高圧
燃料が流入する。この流入した燃料の一部は、逃
がし孔６２からオリフイス６３、後室６１、リタ
ーンポート５１を通つて燃料タンク５０へと徐々
に戻され、これにより前室６０の圧力はオリフイ
ス６３で定められる割合で低下する。そして、こ
の際前室６０の圧力が弁体５３の前面に作用する
ことにより、圧力の低下と並行して弁体５３が後
退し、次にリターンポート５１が閉じられるので
ある。

したがつて、高圧ポート４８にかかる燃料の圧
力、つまりプランジヤ３１の圧力室３４より圧送
される燃料の圧力は、ノゾル３７の開弁圧まで上
昇した後、いつたん閉弁圧以下に下がり、再び開
弁圧以上に上昇する。これにより、プランジヤ３
１の−圧縮行程においてノズル３７が２度開か
れ、パイロツト噴射と主噴射とが行なわれるので
ある。

一方、前記弁体５３の移動速度（後退速度）
は、プランジヤ３１から圧送される燃料の流速に
応じて変化し、その流速が高いときほど速くなる
から、例えば機関の回転が高いときほどパイロツ
ト噴射と主噴射との間隔が短くなり、適正値を維
持することが難しい。

そこで、弁体５３の移動速度を、前記流速にか
かわらず調整できるように、弁手段４７の切換わ
る時間を機関の運転状態に応じて設定する制御手
段が設けられる。

具体的には、弁体５３後方のダンパ室５５に、
燃料ポンプ３５からの燃料（低圧）を導入すると
共に、その燃料の圧力を調整する圧力制御弁６４
が設けられる。

そして、燃料ポンプ３５の吐出側に圧力センサ
６５を設置し、この圧力センサ６５からの信号を
制御回路４３に送り、制御回路４３が前記各セン
サ４０〜４１からの信号に基づいて圧力制御弁６
４の設定圧をコントロールする。この場合、例え
ば機関の回転が高いときほど、その燃料の圧力を
高めるように制御する。なお、６６はオリフイ
ス、７１はアキユームレータである。

これにより、機関回転等に応じて弁体５３の後
退方向に対する抗力が強められ、その移動速度
が、任意に変えられるのである。したがつて、機
関の運転状態に合わせて、パイロツト噴射から主
噴射に入るまでの機関を適正値に維持することが
可能となる。

このように構成したので、従来例のように一噴
射行程中に電磁弁４４を２度開閉せずとも、第３
図のように容易にパイロツト噴射を行なうことが
できる。

このため、それほど応答性の高い電磁弁４４を
用いる必要はなく、電磁弁４４の安安定した作動
性を保てると共に、その耐久性の向上が図れる。

また、パイロツト噴射から主噴射に入るまでの
期間を機関の運転状態に応じて的確に制御するこ
とができ、したがつて運転状態に合つた最適な噴
射特性が得られる。

その結果、機関の燃料状態が常に最良状態に維
持され、機関性能の大幅な向上が図れると共に、
特に機関低回転域での騒音や排気中のNO×等の
低減および燃費等の改善を図ることができる。

なお、パイロツト噴射から主噴射を終了するま
での期間およびその時期は、電磁弁４４の閉弁期
間、閉弁時期に対応し、またパイロツト噴射の期
間は、弁手段４７の逃がし孔６２に設けたオリフ
イス６３の口径によつて定められる。したがつ
て、パイロツト噴射と主噴射による噴射量は、そ
れぞれオリフイス６３の口径および電磁弁４４の
閉弁期間によつて設定ならびに制御することがで
きる。

第６図は本発明の他の実施例を示すもので、弁
手段４７のダンパ５５に燃料ポンプ３５からの燃
料圧力を加えたことに対して、弁体５３の開弁圧
（高圧ポート４８が開かれる圧力）が変化しない
ようにしたものである。

具体的には、弁体５３の軸部５４後方にプツシ
ユロツド６７を一体的に取付け、このプツシユロ
ツド６７に弁体５３を高圧ポート４８側に付勢す
るリターンスプリング６が係合する。そして、こ
のプツシユロツド６７と弁体５３との間にダンパ
室５５を摺動するピストン６８が同じく摺動自由
に嵌装されると共に、このピストン６８と、プツ
シユロツド６７と、弁体５３との間には軸方向に
小さい間隙（遊び）６９，７０が設けられる。こ
の間隙６９，７０は弁体５３およびピストン６８
の図示位置において、それぞれ所定の寸法に定め
られる。

したがつて、弁体５３が開き始めるときには、
弁体５３にダンパ室５５の燃圧が作用することは
なく、弁体５３がピストン６８に当接後作用する
のである。

これにより、ダンパ室５５の燃圧にかかわら
ず、弁体５３の開弁圧を常に一定（リターンスプ
リング５６のバネ力のみにより定まる）に保つこ
とができ、即ち安定したパイロツト噴射が行なえ
る。

以上説明した通り、本発明によれば、一噴射行
程中に電磁弁装置を２度開閉せずとも、機関の運
転状態に応じて最適なパイロツト噴射を行なうこ
とができ、装置の制御性、信頼性が著しく高めら
れると共に、機関性能特に低回転域での機関性能
の一層の向上が図れるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置のユニツトインジエクタの断
面図、第２図はその部分断面図、第３図はパイロ
ツト噴射と主噴射を示す特性図、第４図は本発明
の実施例を示す構成断面図、第５図はその要部詳
細断面図、第６図は本発明の他の実施例を示す要
部詳細断面図である。 ３０…ユニツトインジエクタ、３１…プランジ
ヤ、３２…シリンダ、３３…燃料供給通路、３４
…圧力室、３５…燃料ポンプ、３６…燃料通路、
３７…ノズル、３８…ニードルバルブ、３９…ニ
ードル室、４０…アクセルセンサ、４１…回転セ
ンサ、４２…水温センサ、４３…制御回路、４４
…電磁弁、４７…弁手段、４９…作用室、５３…
弁体、５５…ダンパ室、５６…リターンスプリン
グ、６２…逃がし孔、６３…オリフイス、６４…
圧力制御弁、６５…圧力センサ、６７…プシシユ
ロツド、６８…ピストン、６９，７０…間隙。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 機関に同期して往復動するプランジヤと、こ
   のプランジヤの一端に臨んで形成される圧力室
   と、圧力室と連通し所定圧以上で開弁するノズル
   と、圧力室に連通する燃料供給通路に介装され機
   関の運転状態に応じて高圧燃料を逃がす電磁弁装
   置とを備えた燃料噴射装置において、前記ノズル
   と電磁弁装置との間にノズルの開弁圧とほぼ同圧
   で開いて高圧燃料の一部を逃がすと共に、この逃
   がした高圧燃料に応動して次に閉じ側に切換わる
   弁手段と、機関回転数の増加に伴つて増大する力
   で前記弁手段を初期位置方向に付勢する制御手段
   とを設けたことを特徴とする燃料噴射装置。